Инвертор тягового привода E-Traction

Современные электромобили с малой грузоподъемностью, такие как электрокары, гольфкары, погрузчики или иная складская техника, оснащаются электронной системой управления и инвертором тягового привода, обеспечивающим регулирование скорости и тяги приводного электродвигателя. Грузоподъемность таких электромобилей достигает 1500 кг. В качестве тягового электродвигателя применяют асинхронный, синхронный или двигатель постоянного тока. Изредка применяют гидравлический привод, в котором инвертор управляет электродвигателем насоса, обеспечивающего плавное регулирование подачи жидкости.

Основные требования, предъявляемые к таким инверторам, это диапазон питающего напряжения 12–96 В постоянного тока, наличие режима векторного управления, простота настройки инвертора на выбранный электродвигатель, интеграция в CAN-шину автомобиля, минимизация акустического и электромагнитного шума от работы инвертора, возможность гибкой настройки дискретных входов/выходов, минимальные массогабаритные характеристики, наличие защитных функций, обеспечивающих стабильную безотказную работу при длительном периоде эксплуатации.

Инверторы тягового привода могут быть установлены не только внутри автомобиля, но и снаружи, например в нижней части рамы автомобиля. Поэтому важно наличие легкого и прочного герметичного корпуса, разъемов инвертора со степенью защиты до IP54 и выше.

Рис. 1. E-Traction-ET4

Наиболее распространенные инверторы в сегменте гольфкаров и малых электромобилей — это инверторы производства Curtis Instruments, Inc (США) и ZAPI (Италия). Эти бренды имеют многолетнюю историю и большой спектр продуктов, обеспечивающих наиболее востребованные сегменты малых электромобилей.

Рис. 2. E-Traction-ET11

Рассмотрим отечественную разработку ООО «Мехатроника-Томск», выполненную при поддержке Фонда содействия инновациям, обеспечивающего импортозамещение инверторов мощностью 4 и 11 кВт (рис. 1, 2). Прямыми аналогами являются Curtis AC Motor Controller Model 1234E-62XX и 1238E-66XX. Технические характеристики разработанных инверторов приведены в таблице. В основе элементной базы применены отечественные компоненты — силовые транзисторы, конденсаторы, пассивные компоненты, корпусные детали.

Схема внешних подключений, приведенная на рис. 3, унифицирована для систем 4 и 11 кВт. Подключение электродвигателя к силовым клеммам производится аналогично тому, как это сделано у иностранного аналога. Доступна возможность подключения датчика обратной связи (энкодера) с целью получения лучшей регулировочной характеристики привода.

Рис. 3. Схема внешних подключений

С целью обеспечения плавности хода в динамических режимах работы предусмотрена возможность задания T/S-кривых на различных участках движения.

Для реализации управления скоростью от внешнего потенциометра предусмотрены аналоговые входы/выходы.

Конфигурирование и тонкая настройка осуществляются через универсальное программное обеспечение MViewer (http://mviewer.ru) (рис. 4). Программа MViewer устанавливается на ПК под операционной системой Windows. Устройство соединяется с ПК по интерфейсам RS-485, CAN, Bluetooth. Одной из особенностей MViewer является то, что программа имеет возможность подключения и взаимодействия одновременно с неограниченным числом устройств как по одному, так и по разным интерфейсам. Пользователю предоставляются следующие возможности:

• выгрузка данных из памяти устройства и их форматирование;
• загрузка данных в память устройства;
• сохранение и воспроизведение конфигурации устройства;
• графическое представление полученных данных, в том числе от высокочастотных процессов;
• конструирование графического интерфейса пользователя с возможностью его экспорта в автономное приложение;
• загрузка микропрограммного обеспечения (прошивка);
• получение журнала событий устройства с сохранением и графическим представлением.

Рис. 4. Изображение среды-конфигуратора MViewer

Встроенная функция отслеживания слишком быстрого нажатия на педаль газа ограничивает скорость электромобиля во избежание ударных нагрузок на привод и повышает комфорт передвижения.

Функция энергосбережения предотвращает разрядку аккумулятора инвертором, когда автомобиль неактивен.

Функция аварийного торможения позволяет обеспечить плавное торможение до остановки при выключении ключа или возникновении неисправности, требующей остановки автомобиля.

Функция защиты от отката/наката вперед обеспечивает плавное и безопасное управление автомобилем на возвышенностях.

Применяемые алгоритмы широтно-импульсной модуляции обеспечивают низкий уровень гармоник двигателя и, как следствие, низкую пульсацию крутящего момента и минимальные потери на нагрев, что в итоге обеспечивает высокую эффективность.

Надежное отключение питания обеспечивает контактор в цепи АКБ.

Алгоритмически предусмотрена остановка автомобиля до включения электромагнитного тормоза, что обеспечивает безопасную остановку при любых условиях.

Для исключения движения при подключенном зарядном устройстве предусмотрен вход блокировки зарядного устройства.

Слив излишков энергии может быть осуществлен на внешний тормозной резистор.

Помимо программно-аппаратных технологических защит, связанных с передвижением транспортного средства, в инверторе предусмотрены базовые защиты:

• от превышения максимальных токов;
• от замыкания на корпус;
• от перегрева инвертора;
• от перегрева электромотора;
• от обрыва фаз электромотора;
• от длительной токовой перегрузки;
• от неисправности энкодера;
• от неправильной последовательности чередования фаз электромотора;
• от превышения напряжения на промежуточной шине Udc;
• от понижения напряжения на промежуточной шине Udc.

Полное описание инвертора и его периферии представлено на сайте продукта: https://et-drive.ru.